SUPERVISOR
مرتضی صادقی (استاد راهنما) برات قبادیان (استاد مشاور) علی اسحق بیگی (استاد مشاور)
STUDENT
Rasoul Kochaki
رسول کوچکی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Effect of Various Mixtures of Biodiesel Produced from Eruca Sativa Oil and Gasoline on a Diesel Engine Performance
Increasing concerns about continuous decline in non-renewable energy from petroleum resources, fluctuations in oil and its related fuels prices, greenhouse gas emissions as well as increasing energy demand in the world, investigation on other sources of energy is of great importance. Among these sources, bio-fuels such as biodiesel, biogas and ethanol are important ones. In terms of optimum usage of energy and its structural modification, which is an important index of sustainable development in each country, being independent to a particular type of energy, i.e. using different types of energy in the consumption fuel basket is essential. Currently, diesel engines are as an essential part of providing driving force for the road and off the road vehicles. However, these engines are one of the major consumers of fossil fuel and are considered as one of the most important factors of noise and environmental pollutions. Due to the exhaust gas quality (low pollution), the stability and biodegradable potential, biodiesel is considered as a perfect alternative for diesel fuel in the world. Eruca Sativa from Brassica family is a native Iranian oil seed which can grow in poor areas and has been known for centuries in Iran. Extracted oil from the seeds of this plant is capable of producing biodiesel. This study was aimed to study on a Ford diesel engine performance that uses the various volumetric ratio of the biodiesel produced from Eruca Sativa oil seeds to the conventional gasoline #2 (B 0 , B 5 , B 10 , B 15 , B 20 , B 25 , B 35 , B 50 , B 75 , B 100 ). In this regard, the studied parameters were power, torque and fuel consumption under full load condition at rotational speed range of 1500 to 4800 rpm with increment of 500 rpm. Also, the emission values of pollutants at the speeds of 2500, 3500 and 4500 rpm was investigated. Moreover, the engine heat balance and distributing manner of the released thermal energy from different fuel blends at both speeds of 2500 and 4000 rpm under part loads of 25%, 50%, and 75% and full load (100%) were studied. Results showed that by adding up to 15% of volumetric ratio of the biodiesel to the gasoline, the engine torque and power slightly improved and the maximum increase in the torque (1.69 %) occurred for B 15 . But for mixtures with more than 15% volumetric ratio, the engine torque decreased and the maximum reduction occurred for B 35 . Application of B 5 , B 10 and B 15 reduced the brake specific fuel consumption, and B 5 with a reduction of 11.75% in fuel consumption showed the most desirable condition. Other fuel blends increased the brake specific fuel consumption and B 35 with 41.71% showed the highest increase. Except for full load (100%) at both rotational speeds of 2500 and 4000 rpm, the exhaust gas temperature decreased as the percentage of biodiesel in the fuel mixture increased. At all speeds, emission of pollutants including CO, CO 2 and NO x in the fuels containing biodiesel were less than the corresponding values for pure gasoline. The amount of unburned hydrocarbons (UHC) increased as the percentage of biodiesel in the mixture increased. Engine heat balance revealed that under part load of 50%, the share of engine brake power from total fuel thermal power for different blends were averagely about 28% and 25% at speeds of 2500 and 4000 rpm, respectively. Exhaust losses was about 16% on average for both speeds and cooling system losses were averagely about 48% and 38% at speeds of 2500 and 4000 rpm, respectively. Under part load of 75%, for various mixtures on average, the engine brake power portion from fuel heat power were about 30% and 28%, and cooling system losses portion were 41% and 33% at speeds of 2500 and 4000 rpm, respectively. In this case, the exhaust losses were about 18% and 17% at speeds of 2500 and 4000 rpm, respectively. In general, by increasing the percentage of biodiesel in the fuel mixture, the share of cooling system heat losses and exhaust heat losses both increased. KeyWord : Biodiesel, Diesel Engine Performance, Eruca Sativa , Heat Balance, Pollutants Emission
با افزایش نگرانیها پیرامون کاهش مداوم ذخایر تجدیدناپذیر نفت خام، نوسانات قیمت نفت و سوختهای وابسته به آن، انتشار گازهای گلخانهای و همچنین افزایش روز افزون تقاضای انرژی در جهان، تمایل به تحقیق در مورد منابع دیگر انرژی مورد توجه جدی قرار گرفته است. در این بین سوختهای زیستی از قبیل بیودیزل، بیوگاز و اتانول از اهمیت ویژهای برخوردار هستند. همچنین در بحث مصرف بهینه انرژی و اصلاح ساختار آن که یکی از ارکان توسعه پایدار در هر کشور میباشد، چند پایه کردن انرژی و در واقع عدم وابستگی به نوع خاصی از آن و استفاده از انواع مختلف انرژی در سبد سوخت مصرفی ضروری میباشد. در حال حاضر، موتورهای دیزل به عنوان یک بخش اساسی در تامین نیروی محرکه خودروهای جادهای و غیر جادهای به حساب میآیند. به هر جهت، این موتورها به عنوان یکی از اصلیترین مصرف کنندههای سوخت سنگوارهای بوده و در نتیجه یکی از عوامل مهم ایجاد آلودگیهای صوتی و زیست محیطی به شمار میآیند. بیودیزل به دلیل کیفیت مناسب گاز خروجی از اگزوز (آلایندگی پایین)، پایداری و زیست تخریبپذیر بودن به عنوان یک جایگزین مناسب برای سوخت دیزل در سراسر دنیا مورد توجه قرار گرفته است. منداب از خانواده براسیکا، یکی از دانههای روغنی بومی ایران است که توانایی رشد در زمینهای فقیر و نامناسب را دارد و در ایران از قرنها پیش شناخته شده است. روغن استخراج شده از دانه این گیاه قابلیت تولید بیودیزل را دارد. هدف اصلی از انجام این پژوهش، مطالعهی تجربی عملکرد یک موتور دیزل فورد است که از نسبتهای حجمی مختلف بیودیزل تولیدی از روغن دانه گیاه منداب به گازوئیل معمول شماره 2 (مخلوطهای B 0 ، B 5 ، B 10 ، B 15 ، B 20 ، B 25 ، B 35 ، B 50 ، B 75 و B 100 ) استفاده میکند. پارامترهایی که در این راستا مورد مطالعه قرار گرفتند، شامل توان، گشتاور و مصرف سوخت که در حالت بار کامل و محدوده سرعت دورانی 1500 تا 4800 دور در دقیقه با گام 500 مورد مطالعه قرار گرفتند و همچنین مقدار انتشار آلایندهها در سرعتهای 2500، 3500 و 4500 دور در دقیقه بود. به علاوه، موازنه گرمایی موتور و نحوهی توزیع انرژی گرمایی آزاد شده از مخلوطهای مختلف سوخت در دو سطح سرعت 2500 و 4000 دور در دقیقه و برخه بارهای 25، 50، 75 و 100% بار مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزودن بیودیزل به گازوئیل تا نسبت حجمی 15%، گشتاور و توان موتور اندکی بهبود پیدا کرد و بیشترین افزایش گشتاور برای مخلوط B 15 (69/1%) اتفاق افتاد. اما در مخلوطهای با بیش از 15% حجمی بیودیزل، گشتاور موتور کاهش یافت و بیشترین کاهش مربوط به مخلوط B 35 بود. استفاده از مخلوطهای B 5 ، B 10 و B 15 سبب کاهش مصرف سوخت ویژه ترمزی شد و مخلوطB5 با کاهش 75/11% مصرف سوخت مطلوبترین حالت را نشان داد. سایر مخلوطهای سوخت، مصرف سوخت ویژه ترمزی را افزایش دادند و مخلوط B35 با 71/41% بیشترین افزایش را نشان داد. به استثنای بار کامل (100%بار) در هر دو سرعت دورانی 2500 و 4000 دور در دقیقه، با افزایش درصد بیودیزل در سوخت موتور دمای گازهای خروجی کاهش پیدا کرد. انتشار آلایندههای CO، CO 2 و NO x در سوختهای حاوی بیودیزل، در تمامی سرعتها نسبت به گازوئیل خالص کمتر بود. مقدار هیدروکربنهای سوخته نشده (UHC)، با افزایش درصد بیودیزل در مخلوطها افزایش نشان داد. موازنه گرمایی موتور نشان داد که در شرایط 50% بار، سهم توان ترمزی موتور از توان حرارتی سوخت به طور متوسط برای مخلوطهای مختلف در حدود 28% و 25% به ترتیب در سرعتهای 2500 و 4000 دور در دقیقه بود. تلفات اگزوز به طور متوسط در حدود 16% برای هر دو سرعت و تلفات سیستم خنککاری نیز برابر با 48% و 38% به ترتیب در سرعتهای 2500 و 4000 دور در دقیقه به دست آمد. در حالت 75% بار، سهم توان ترمزی موتور از توان حرارتی سوخت به طور متوسط برای مخلوطهای مختلف در حدود 30% و 28% به ترتیب در سرعتهای 2500 و 4000 دور در دقیقه بود. تلفات سیستم خنککاری نیز برابر با 41% و 33% به ترتیب برای سرعتهای 2500 و 4000 دور در دقیقه تعیین شد. تلفات اگزوز در این حالت به طور متوسط برابر با 18% و 17% به ترتیب در سرعتهای 2500 و 4000 دور در دقیقه محاسبه شد. به طور کلی با افزایش درصد بیودیزل در مخلوطهای سوخت، سهم تلفات حرارتی سیستم خنککاری و تلفات حرارتی اگزوز افزایش یافت. کلمههای کلیدی : انتشار آلایندهها، بیودیزل، عملکرد موتور دیزل، منداب، موازنه گرمایی